Динамика роста популяций одноклеточных водорослей

Основные факторы, определяющие первичную продукцию

Подводная освещенность

Для определения валовой первичной продукции измеряют скорость фотосинтеза планктона на нескольких горизонтах фотической зоны. Эта зона ограничена поверхностью воды и глубиной, которой достигает 1% приходящей солнечной радиации, т.е. глубиной, равной примерно 2,5 S (S -прозрачность воды (м), измеренной с помощью белого диска Секки). Обычно наблюдения за скоростью фотосинтеза проводят на горизонтах, соответствующих глубинам, равным 0,25 S; 0,5 S; 1 S; 2 S и 3 S.

Расчеты первичной продукции под 1 м² поверхности водоема учитывают скорость фотосинтеза планктона на нескольких горизонтах фотической зоны, выбранных в соответствии с прозрачностью воды.

Продолжительность светового дня.

Изложена ранее.

Температура

Продолжительность развития организмов зависит от температуры, которая в природных условиях изменяется в широких пределах. Для учета температурного фактора при определении продукции и дыхания гидробионтов используется «температурный коэффициент» Вант-Гоффа (Q₁₀). Нидерландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852-1911) – первый лауреат Нобелевской премии (1910), которую получил «за экстраординарные услуги, которые он сделал, открыв законы химической термодинамики и осмотическое давление в растворах» (дословная формулировка). Значения этого коэффициента могут быть определены из соотношения:

V₂/V₁ = Q₁₀ ^{(T2 – T1)/10}

где V₁ и V₂ – скорости процесса при температурах Т₁ и Т₂.

Цифровое значение которого непосредственно указывает. Во сколько раз ускоряются жизненные процессы при увеличении температуры на 10⁰.

a_t = 1 / Q₁₀^(20-T)/10

где температурный множитель; Т – температура воды в период наблюдений; 20 – значение температуры воды, для которых выведено абсолютное большинство расчетных формул. Значения Q₁₀ находятся по «нормальной кривой» Крога (Табл. 3).

Скорость роста клеток зависит от скорости биохимических реакций, обуславливающих синтез белков и нуклеиновых кислот, которые в отличие от запасных веществ являются активной частью протоплазмы. Суммарным выражением скорости биосинтетических реакций популяции одноклеточных водорослей может служить скорость деления клеток, т.к. рост отдельной клетки ограничен известным пределом. Рост водорослей рассмотрим на примере фитопланктона, т.к. он является основным продуцентом ОВ в водных экосистемах.

Таблица 3. Значения температурного коэффициента Вант-Гоффа (Q₁₀) для различных диапазонов температуры (Т⁰С)

Т^0С	5-10	10-15	15-20	20-25
Q10	3,5	2,9	2,5	2,3

В условиях культур у всех видов водорослей различают два возраста – индивидуальный и популяционный, т.к. скорость деления клеток тесно связана с происхождением индивидуального и популяционного циклов (пояснить на примере диатомовых).

Популяционный возраст описывается, как правило, S-образной кривой. Во время роста культуры водорослей в лимитированных объемах различают следующие фазы роста:

1. Лаг-фаза, в которой не происходит увеличения клеток;

2. Экспоненциальная, или логарифмическая, фаза, в которой численность клеток увеличивается в геометрической прогрессии;

3. Фаза уменьшения относительного роста;

4. Стационарная фаза, когда количество клеток постоянно;

5. Фаза гибели.

Все фазы являются результатами взаимодействия клетки со средой.

Между концентрацией веществ снаружи и внутри клеток существует определенная зависимость, что дает возможность ускорять или замедлять определенные энзиматические процессы ускорять или замедлять определенные ферментативные процессы внутри клетки, тем самым изменяя определенным образом концентрацию продуктов обмена в окружающей среде.

Продолжительность лаг-фазы зависит от популяционного возраста инокулята (увеличиваясь с его возрастом), а также от концентрации в нем клеток.

В лаг-фазе происходит реставрация энзимов и увеличение концентраций внеклеточных органических метаболитов в среде, продуцируемых самими клетками до оптимального уровня, при котором начинается быстрый рост. В частности, рост водорослей стимулирует гликолиевая кислота.

После окончания лаг-фазы водоросли переходят в экспоненциальную фазу, которая характеризуется быстрым их ростом. Продолжительность этой фазы зависит в основном от скорости деления и величины максимальной концентрации клеток, при которой способен расти данный вид (у большинства диатомовых водорослей эта фаза заканчивается при достижении концентрации 10-15 тыс. кл/мл). Чем медленнее размножаются водоросли, тем более продолжительной становится экспоненциальная фаза роста.

Третья – пятая фазы роста наступают вследствие полного поглощения биогенных элементов в процессе роста и происходит накопление в среде аутотоксичных веществ. Торможение роста водорослей в культурах в большей мере вызывают продукты жизнедеятельности самих водорослей.

ЗАДАЧА: Определить суточную валовую продукцию фитопланктона в единицах энергии, если: V_{склянки} = 250 мл; продолжительность экспозиции = 3 часа; продолжительность светлого времени суток = 14 часов; ∆О₂ («светлых» склянок) = 0,45 мл; ∆О₂ («темных» склянок) = 0,21 мл; 1 мл О₂ = 20,34 Дж.

РЕШЕНИЕ:

1) Чистая продукция в «светлое» время: 0,45 мл: 3 часа ∙ 14 часов = 2,1 мл

2) Дыхание ночью: 0,21 мл: 3 часа ∙ 10 часов = 0,7 мл

3) Суточная валовая продукция в склянке: (2,1 мл + 0,7 мл) ∙ 20,34 Дж = 56,95 Дж/сут

4) Суточная валовая продукция: 56,95 Дж/сут ∙ 1000/250 = 227,8 Дж∙л^-1∙сут^-1

ЗАДАЧА: Определить суточную чистую продукцию фитопланктона в единицах энергии, если: V_{склянки} = 250 мл; продолжительность экспозиции = 1 сутки; продолжительность светлого времени суток = 14 часов; ∆О₂ («светлых» склянок) = 0,30 мл; ∆О₂ («темных» склянок) = 0,15 мл; 1 мл О₂ = 20,34 Дж.

РЕШЕНИЕ:

1) Чистая суточная продукция в склянке = 0,30 мл ∙ 20,34 Дж = 6,10 Дж/сут

2) Чистая суточная продукция: 6,10 Дж/сут ∙ 1000/250 = 24,4 Дж∙л^-1∙сут^-1.

Дата добавления: 2015-05-08